WikiDer > Стенд ИТЭР для испытаний нейтральным пучком

ITER Neutral Beam Test Facility
Вид на испытательный центр нейтральным лучом

В Стенд ИТЭР для испытаний нейтральным пучком является частью Международный термоядерный экспериментальный реактор (ИТЭР) в Падуя, Венето, Италия.[1] На объекте будет размещен полномасштабный прототип реактора. инжектор нейтрального луча, MITICA, и прототип меньшего размера его ионного источника, SPIDER.[2] SPIDER начал свою работу в июне 2018 года. SPIDER будет использоваться для оптимизации источника ионного пучка, оптимизации использования паров цезия и для проверки однородности выведенного ионного пучка также во время длинных импульсов.

Нагревательные нейтральные пучки ИТЭР

Для подачи энергии на термоядерную плазму в ИТЭР используются два нагревательных элемента. форсунки нейтрального луча будет установлен. Они предназначены для обеспечения мощности по 17 МВт каждый через 23-метровые пучки вплоть до контейнера диаметром четыре метра: чтобы обеспечить достаточную мощность нагрева в плазменном ядре, а не на краях плазмы, энергия частиц пучка должна составлять около 1 МэВ, что увеличивает сложность системы нейтрального пучка до беспрецедентного уровня. Это будет основная вспомогательная система отопления реактора. Из-за своей низкой эффективности преобразования, инжектор нейтрального пучка сначала должен запустить пучок отрицательных ионов-предшественников 40А, а затем нейтрализовать его, пропустив через газовую ячейку (с эффективностью <60%), а затем сбросить остаточные ионы. (остальные 40% - 20% отрицательные, 20% положительные). Затем нейтрализованный луч сбрасывается на калориметр во время фаз кондиционирования или в сочетании с плазмой. Дальнейшие потери реионизации или перехват механических компонентов снижают его ток до 17 А.[3]


Цели

Роль испытательного центра включает исследования и разработки по следующим темам:

  • удержание напряжения: из-за нейтронной среды это будет первый источник пучка на -1МВ с вакуумной изоляцией вместо газовой (обычно используется газ SF_6);
  • образование отрицательных ионов: требование к плотности тока, извлекаемой из источника цезиированных ионов, находится на пределе существующей технологии плазменных источников ионов.
  • лучевая оптика: пучок ионов-предшественников генерируется в многосеточном электростатическом ускорителе, имеющем 1280 отверстий в каждой из 7 составляющих его сеток. Поскольку общая ширина луча вдоль дрейфа луча (около 25 метров) обусловлена ​​оптикой каждого из 1280 бимлетов, выравнивание сетки и помехи, создаваемые магнитными полями и полями электростатической ошибки, должны быть тщательно проверены.
  • вакуумные насосы: два крионасоса длиной 8 м и высотой 1,6 м будут установлены с каждой стороны вакуумной камеры. Необходимо проверить усталостную долговечность компонентов, работающих с циклами от 4K до 400K.
  • тепловая нагрузка на механические компоненты: на электроды, используемые для ускорения пучка, и вдоль пути пучка механические компоненты подвергаются очень высоким тепловым нагрузкам. Эти нагрузки применяются непрерывно в течение длительных импульсов, до 1 часа. Эти нагрузки в любом случае ниже, чем тепловые нагрузки, ожидаемые на пластинах дивертора ИТЭР.

Прототипы на НБТФ

Отрицательная экстракция ионов с уменьшенным количеством бимлетов в ранней объемной эксплуатации SPIDER (май / июнь 2019 г.)

СПАЙДЕР - первая крупная экспериментальная установка, запущенная в эксплуатацию на полигоне (май 2018 г.). Компоненты MITICA в настоящее время находятся в процессе закупок, первая операция ожидается в конце 2023 года.

ПАУК

Конструктивные параметры SPIDER следующие:

  • Тип: источник отрицательных ионов поверхностно-плазменной коры
  • Источник плазмы: 8 цилиндрических ВЧ-драйверов, работающих на частоте 1 МГц, подключенных к одной камере расширения 0,8x1,6x0,25 м
  • Технологический газ: водород или дейтерий.
  • Ток пучка отрицательных ионов извлеченного водорода: 54 А (заданное значение)
  • Электроды и номинальное напряжение: плазменная сеть (-110 кВ), вытяжная сеть (-100 кВ), заземленная сеть (0 В)
  • Количество бимлетов и многолучевой диаграммы направленности: 1280 бимлетов, разделенных на группы бимлетов 4x4 по 5x16 бимлетов в каждой

В течение 2018 года был оптимизирован плазменный разряд восьми ВЧ-драйверов источников ионов. В 2019 году началась работа на пучке отрицательных ионов водорода: первый год SPIDER будет работать с уменьшенным количеством бимлетов (80 вместо 1280).

Возможности

Возможности SPIDER и MITICA перечислены в следующей таблице в сравнении с целями нагревательного нейтрального луча ИТЭР и других ранее существовавших устройств.

ЭкспериментПервая операцияЭнергия лучаЦелевой ток пучка отрицательных ионовТип ионного источникаТип ускорителяТип нейтрализатораДлина лучаЭквивалентный ток нейтрального пучкаЦелевое расхождение одиночного бимлета (гауссово 1 / е)
ELISE[4]Декабрь 2012 г.~ 60 кВ~ 27 А (водород)РЧ-управляемый источник цезиированной поверхностной плазмыМногоапертурный электростатический триод-~ 5 м--
ПАУКМай 2018110 кВ54 А (водород)РЧ-управляемый источник цезиированной поверхностной плазмыМногоапертурный электростатический триод-~ 5 м--
MITICA2023 г. (ожидается)880 кВ (водород) / 1000 кВ (дейтерий)40 А (водород)РЧ-управляемый источник цезиированной поверхностной плазмыМногосеточная многоапертурная концепция (7 электродов)4 газовые ячейки~ 13 м16,7 А<7 мрад
ИТЭР HNBTBD880 кВ (водород) / 1000 кВ (дейтерий)40 АРЧ-управляемый источник цезиированной поверхностной плазмыМногосеточная многоапертурная концепция (7 электродов)4 газовые ячейки~ 22,5 м16,7 А<7 мрад

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ https://www.euro-fusion.org/newsletter/iter-neutral-beam-test-facility-construction-is-progressing-fast-in-padova/
  2. ^ В. Тойго, Д. Бойсон, Т. Боничелли, Р. Пиован, М. Ханада и др. 2015 Nucl. Fusion 55: 8 083025
  3. ^ LR Grisham, P Agostinetti, G Barrera, P Blatchford, D Boilson, J Chareyre, et al., Последние улучшения в конструкции системы нейтрального пучка ИТЭР, Fusion Engineering and Design 87 (11), 1805-1815
  4. ^ Открытие крупнейшего в мире испытательного центра для источников отрицательных ионов для разработки системы отопления для ИТЭР - декабрь 2012 г.. Проверено 2 августа 2019.

внешняя ссылка

Координаты: 45 ° 23′26 ″ с.ш. 11 ° 55′40 ″ в.д. / 45,39056 ° с.ш. 11,92778 ° в. / 45.39056; 11.92778